本發(fā)明涉及一種多晶莫來石纖維的改性方法，具體涉及一種石墨烯包覆多晶莫來石纖維復合導電材料的制備方法。
背景技術：
多晶莫來石纖維是一種優(yōu)異的超輕質高溫耐火纖維和復合材料的增強材料，是整個al2o3-sio2系陶瓷纖維中的一種，由莫來石微晶體構成，集晶體材料和纖維材料特性于一體，使用溫度在1500-1700℃，高出玻璃態(tài)纖維200-400℃，具有耐高溫、耐腐蝕、比重小、熔點高、抗熱震性好、熱導率低和高溫強度大等優(yōu)點，廣泛應用于鑄造、冶金、機械、陶瓷、建材、航天航空等領域。開發(fā)利用多晶莫來石纖維的優(yōu)點，通過現(xiàn)代化學物理方法改性多晶莫來石纖維導電的新功能，可以進一步拓展多晶莫來石纖維的應用范圍，已成為多晶莫來石纖維領域一個極為重要的研究方向。
石墨烯是一種由c原子經(jīng)sp2電子軌道雜化后形成的蜂巢狀的二維結構，是c元素的另一種同素異形體。石墨烯為復式六角晶格，每個元胞中有兩個碳原子，每個原子與最近鄰的三個原子間形成三個a鍵。由于每個碳原子有四個價電子，所以每個碳原子又會貢獻出一個剩余的p電子，它垂直于石墨烯平面，與周圍原子形成未成鍵的耳電子。這些7c電子在浸提中自由移動賦予了石墨優(yōu)異的導電性。因此，石墨烯是一種理想的導電材料。
本發(fā)明先采用鹽酸和雙氧水組成的強氧化溶液對多晶莫來石纖維進行羥基化處理，使得多晶莫來石纖維表面帶有羥基官能團，然后采用聚環(huán)氧氯丙烷二甲胺對羥基化多晶莫來石纖維進行陽離子改性，聚環(huán)氧氯丙烷二甲胺通過與多晶莫來石纖維上的羥基發(fā)生化學反應形成共價結合使多晶莫來石纖維帶上正電荷，再通過靜電吸附作用，將帶負電荷的氧化石墨烯包覆在帶有正電荷的多晶莫來石纖維表面，最后采用紫外線輻照還原包覆在多晶莫來石纖維表面的氧化石墨烯，得到的石墨烯包覆多晶莫來石纖維復合導電材料具有力學性能好，電導率高，耐高溫性好，抗熱震性好，耐腐蝕性好，熱導率低的優(yōu)點，具有更加廣泛的應用范圍。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯包覆多晶莫來石纖維復合導電材料的制備方法。本發(fā)明制得的復合材料具有力學性能好，電導率高，耐高溫性好，抗熱震性好，耐腐蝕性好，熱導率低的優(yōu)點。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案：
一種石墨烯包覆多晶莫來石纖維復合導電材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）按照固液比1:70-90將多晶莫來石纖維放入乙醇和丙酮等體積組成的混合溶液中浸泡清洗1-2h，取出烘干后再按照固液比1:80-100將多晶莫來石纖維放入強氧化性溶液中，水浴加熱至70-90℃，在2000-4000r/min的轉速下攪拌反應3-5h，再在300-500w的功率下超聲處理1-3h，抽濾，濾渣用蒸餾水洗滌至中性，在80-90℃下干燥8-14h，即得羥基化多晶莫來石纖維；
（2）按照固液比1:50-60將羥基化多晶莫來石纖維加入蒸餾水中，在1500-3000r/min的轉速下攪拌分散1-2h，然后加入環(huán)氧氯丙烷，在1000-2000r/min的轉速下攪拌分散0.5-1.5h，再依次加入二甲胺和三乙烯四胺，水浴加熱至60-70℃，在500-1000r/min的轉速下攪拌反應5-8h，再在200-400w的功率下微波處理1-3h，抽濾，濾渣用蒸餾水洗滌至濾液不含氯離子，在60-70℃下干燥12-24h，再在110-120℃下活化1-2h，即得聚環(huán)氧氯丙烷二甲胺陽離子改性多晶莫來石纖維；
（3）將氧化石墨烯加入蒸餾水中超聲攪拌制成質量分數(shù)為1-2%的氧化石墨烯分散液；再用質量分數(shù)為15%的鹽酸溶液調節(jié)氧化石墨烯分散液的ph=3-4；然后按照質量比1:40-50將聚環(huán)氧氯丙烷二甲胺陽離子改性多晶莫來石纖維加入調節(jié)ph后的氧化石墨烯分散液中，靜置30-40min，期間提拉2-3次，然后在紫外線燈下輻照2-3h，取出后用蒸餾水洗滌至中性，在60-70℃下干燥12-24h，即得石墨烯包覆多晶莫來石纖維復合導電材料。
所述環(huán)氧氯丙烷的用量為多晶莫來石纖維質量的15-20wt%。
所述二甲胺與環(huán)氧氯丙烷的摩爾比為1:1-1.5。
所述三乙烯四胺的用量為環(huán)氧氯丙烷和二甲胺總質量的1-3wt%。
所述紫外線輻照強度為80-100μw/cm2。
本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明先采用鹽酸和雙氧水組成的強氧化溶液對多晶莫來石纖維進行羥基化處理，使得多晶莫來石纖維表面帶有羥基官能團，然后采用聚環(huán)氧氯丙烷二甲胺對羥基化多晶莫來石纖維進行陽離子改性，聚環(huán)氧氯丙烷二甲胺通過與多晶莫來石纖維上的羥基發(fā)生化學反應形成共價結合使多晶莫來石纖維帶上正電荷，再通過靜電吸附作用，將帶負電荷的氧化石墨烯包覆在帶有正電荷的多晶莫來石纖維表面，最后采用紫外線輻照還原包覆在多晶莫來石纖維表面的氧化石墨烯，得到的石墨烯包覆多晶莫來石纖維復合導電材料具有力學性能好，電導率高，耐高溫性好，抗熱震性好，耐腐蝕性好，熱導率低的優(yōu)點，具有更加廣泛的應用范圍。
具體實施方式
實施例1
一種石墨烯包覆多晶莫來石纖維復合導電材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）按照固液比1:70將多晶莫來石纖維放入乙醇和丙酮等體積組成的混合溶液中浸泡清洗1h，取出烘干后再按照固液比1:80將多晶莫來石纖維放入強氧化性溶液中，水浴加熱至70℃，在2000r/min的轉速下攪拌反應5h，再在300w的功率下超聲處理3h，抽濾，濾渣用蒸餾水洗滌至中性，在80℃下干燥14h，即得羥基化多晶莫來石纖維；
（2）按照固液比1:50將羥基化多晶莫來石纖維加入蒸餾水中，在1500r/min的轉速下攪拌分散2h，然后加入相當于多晶莫來纖維石質量15%的環(huán)氧氯丙烷，在1000r/min的轉速下攪拌分散1.5h，再依次加入二甲胺和三乙烯四胺，控制二甲胺與環(huán)氧氯丙烷的摩爾比為1:1，三乙烯四胺的用量為環(huán)氧氯丙烷和二甲胺總質量的1w%；水浴加熱至60℃，在500r/min的轉速下攪拌反應8h，再在200w的功率下微波處理3h，抽濾，濾渣用蒸餾水洗滌至濾液不含氯離子，在60℃下干燥24h，再在110℃下活化2h，即得聚環(huán)氧氯丙烷二甲胺陽離子改性多晶莫來石纖維；
（3）將氧化石墨烯加入蒸餾水中超聲攪拌制成質量分數(shù)為1%的氧化石墨烯分散液；再用質量分數(shù)為15%的鹽酸溶液調節(jié)氧化石墨烯分散液的ph=3；然后按照質量比1:40將聚環(huán)氧氯丙烷二甲胺陽離子改性多晶莫來石纖維加入調節(jié)ph后的氧化石墨烯分散液中，靜置30min，期間提拉2次，然后在紫外線燈下輻照3h，紫外線輻照強度為80μw/cm2；取出后用蒸餾水洗滌至中性，在60℃下干燥24h，即得石墨烯包覆多晶莫來石纖維復合導電材料。
實施例2
一種石墨烯包覆多晶莫來石纖維復合導電材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）按照固液比1:80將多晶莫來石纖維放入乙醇和丙酮等體積組成的混合溶液中浸泡清洗1.5h，取出烘干后再按照固液比1:90將多晶莫來石纖維放入強氧化性溶液中，水浴加熱至80℃，在3000r/min的轉速下攪拌反應4h，再在400w的功率下超聲處理2h，抽濾，濾渣用蒸餾水洗滌至中性，在85℃下干燥11h，即得羥基化多晶莫來石纖維；
（2）按照固液比1:55將羥基化多晶莫來石纖維加入蒸餾水中，在2500r/min的轉速下攪拌分散1.5h，然后加入相當于多晶莫來纖維石質量18%的環(huán)氧氯丙烷，在1500r/min的轉速下攪拌分散1h，再依次加入二甲胺和三乙烯四胺，控制二甲胺與環(huán)氧氯丙烷的摩爾比為1:1.2，三乙烯四胺的用量為環(huán)氧氯丙烷和二甲胺總質量的2wt%；水浴加熱至65℃，在800r/min的轉速下攪拌反應7h，再在300w的功率下微波處理2h，抽濾，濾渣用蒸餾水洗滌至濾液不含氯離子，在65℃下干燥18h，再在115℃下活化1.5h，即得聚環(huán)氧氯丙烷二甲胺陽離子改性多晶莫來石纖維；
（3）將氧化石墨烯加入蒸餾水中超聲攪拌制成質量分數(shù)為1.5%的氧化石墨烯分散液；再用質量分數(shù)為15%的鹽酸溶液調節(jié)氧化石墨烯分散液的ph=3.5；然后按照質量比1:45將聚環(huán)氧氯丙烷二甲胺陽離子改性多晶莫來石纖維加入調節(jié)ph后的氧化石墨烯分散液中，靜置35min，期間提拉3次，然后在紫外線燈下輻照2.5h，紫外線輻照強度為90μw/cm2；取出后用蒸餾水洗滌至中性，在65℃下干燥18h，即得石墨烯包覆多晶莫來石纖維復合導電材料。
實施例3
一種石墨烯包覆多晶莫來石纖維復合導電材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）按照固液比1:90將多晶莫來石纖維放入乙醇和丙酮等體積組成的混合溶液中浸泡清洗2h，取出烘干后再按照固液比1:100將多晶莫來石纖維放入強氧化性溶液中，水浴加熱至90℃，在4000r/min的轉速下攪拌反應3h，再在500w的功率下超聲處理1h，抽濾，濾渣用蒸餾水洗滌至中性，在90℃下干燥8h，即得羥基化多晶莫來石纖維；
（2）按照固液比1:60將羥基化多晶莫來石纖維加入蒸餾水中，在3000r/min的轉速下攪拌分散1h，然后加入相當于多晶莫來纖維石質量20%的環(huán)氧氯丙烷，在2000r/min的轉速下攪拌分散0.5h，再依次加入二甲胺和三乙烯四胺，控制二甲胺與環(huán)氧氯丙烷的摩爾比為1:1.5，三乙烯四胺的用量為環(huán)氧氯丙烷和二甲胺總質量的3wt%；水浴加熱至70℃，在1000r/min的轉速下攪拌反應5h，再在400w的功率下微波處理1h，抽濾，濾渣用蒸餾水洗滌至濾液不含氯離子，在70℃下干燥12h，再在120℃下活化1h，即得聚環(huán)氧氯丙烷二甲胺陽離子改性多晶莫來石纖維；
（3）將氧化石墨烯加入蒸餾水中超聲攪拌制成質量分數(shù)為2%的氧化石墨烯分散液；再用質量分數(shù)為15%的鹽酸溶液調節(jié)氧化石墨烯分散液的ph=4；然后按照質量比1:50將聚環(huán)氧氯丙烷二甲胺陽離子改性多晶莫來石纖維加入調節(jié)ph后的氧化石墨烯分散液中，靜置40min，期間提拉3次，然后在紫外線燈下輻照2h，紫外線輻照強度為100μw/cm2；取出后用蒸餾水洗滌至中性，在70℃下干燥12h，即得石墨烯包覆多晶莫來石纖維復合導電材料。